1.2 計算的概念

1.2.1 什么是計算

從借助木棒數數、做加減法到現在用智能機器人解決人類難以解決的問題，這些都是計算。計算以各種形式存在于我們身邊。計算實質上是對輸入數據進行處理，得到一定輸出結果的過程。抽象地說，計算就是從一個狀態轉移或變換到另一個狀態。

1.狹義的計算

狹義的計算關注的是具體的數的狀態改變。人們對狹義的計算的理解經歷了初級、中級和高級階段。初級階段的計算是指通過一些計算工具對數據進行簡單直接的運算，譬如，小學階段的加減乘除四則運算。現在大家可以借助計算器、計算機進行數的簡單計算。對于這種形式的計算，不需要有太多的設計技巧和人為的預處理。中級階段的計算主要是推導計算。在這種計算中，需要對現有的數據進行處理，抽絲剝繭，得到計算結果，例如公式的推導和證明。高級階段的運算是指將輸入數據按照一定的算法進行數據轉換的運算。例如，輸入問題的已知條件，通過計算機執行算法，求得問題的答案。

2.廣義的計算

廣義的計算是指大自然中存在的一切具有狀態轉換的過程。將所有自然界存在的過程都抽象為一種輸入/輸出系統，將所有自然界存在的變量都看作一種信息，那么廣義的計算就無處不在。譬如，向平靜的湖面投擲一枚小石子，那么瞬間就會看到因為石子的落下而濺起的水花和湖水泛起的微微漣漪，這相當于湖水對小石子完成的一次計算。

廣義的計算包括數學計算、邏輯推理、文法的產生式、集合論的函數、組合數學的置換、變量代換、圖形圖像的變換、數理統計、人工智能解空間的遍歷、問題求解、圖論的路徑問題、網絡安全、上下文表示感知與推理、智能空間等。

以下是廣義的計算在計算機領域的兩個例子。

2016年3月9日，AlphaGo以4:1完勝韓國圍棋大師李世石，這是機器第一次戰勝圍棋大師。2017年5月17日，AlphaGo以3:0再次戰勝中國圍棋大師柯潔。事實上，AlphaGo的背后是人類為國際象棋或圍棋對弈而設計的代碼規則。

2022年11月，人工智能研究實驗室OpenAI發布了一款具有“信息檢索”能力的社交媒體機器人ChatGPT。ChatGPT其實是一款人工智能技術驅動的自然語言處理工具，它能夠通過學習和理解人類的語言來進行對話，能根據聊天的上下文進行互動，真正像人類一樣實現交流。而且ChatGPT擁有語言理解和文本生成能力，能完成翻譯以及撰寫郵件、視頻腳本、文案、代碼等任務。ChatGPT是人工智能領域的一個里程碑。

AlphaGo和ChatGPT都是迄今為止極具開創性的AI系統。盡管它們被設計用于不同的目的，但兩者都使用深度學習、神經網絡等技術達到了與人類相當的水平（甚至超越人類），而它們下棋或完成對話任務的過程也是廣義的計算過程。

1.2.2 普適計算與計算無所不在

普適計算（pervasive computing），又稱普存計算、普及計算、遍布式計算、泛在計算。1991年，美國施樂帕克研究中心首席科學家馬克·維瑟（Mark Weiser）在Scientific American雜志上發表文章“The Computer for the 21st Century”，正式提出了普適計算的概念。他認為從長遠的觀點來看計算機會消失，這種消失并不是計算機本身（物理器件）的消失，也不是計算機技術的消失，而是計算機發展的直接后果，是人類心理的作用，因為計算變得無所不在。當人類對某些事物掌握得足夠好的時候，這些事物就會和人們的生活密不可分，人們就會慢慢感覺不到它的存在。因此，無所不在的計算體現為五個any：access Any body，Any thing，Any where，at Any time，via Any device。即任何人在任何時間、任何地點，通過任何設備訪問任何事物。無所不在的計算強調把計算機嵌入環境或日常工具中，而將人們的注意力集中在任務本身。

普適計算也體現在我們的日常生活中。數字家庭通過家庭網關將寬帶網絡接入家庭，在家庭內部，手持設備、PC或者家用電器通過有線或者無線的方式連接到網絡，從而提供了一個無縫、交互和普適計算的環境。通過這種普適計算的環境，人們能在任何地點、任何時間訪問網絡。例如，人們可以預訂一場比賽的門票；可以對家庭電氣設備進行自動診斷、自動定時、集中和遠程控制，令生活更方便；還可以通過遠程監控器監控家庭的情況，使生活更安全。